Teoria do estado estável

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Linha do tempo da cosmologia…

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Cosmologia física
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Em cosmologia, a teoria do Steady State (também conhecida como teoria do Universo Infinito ou criação contínua) é um modelo desenvolvido em 1948 por Fred Hoyle, Thomas Gold, Hermann Bondi e outros como alternativa à teoria do Big Bang (conhecida, geralmente, como o modelo cosmológico padrão). Nas visões de estado estacionário, a nova matéria é continuamente criada à medida que o universo se expande, de modo a que o princípio cosmológico perfeito seja aderido. Embora o modelo tivesse um grande número de adeptos entre os cosmólogos nos anos 50 e 60, o número de adeptos diminuiu acentuadamente no final dos anos 60 com a descoberta da radiação cósmica de fundo de microondas, e hoje apenas um número muito pequeno de adeptos permanece. A importância chave do modelo de estado estável é que, como concorrente do Big Bang, foi um impulso para gerar algumas das mais importantes pesquisas em astrofísica, muitas das quais acabaram por apoiar a teoria do Big Bang.

Overvisão

A Teoria do Estado Firme de Bondi, Ouro e Hoyle foi inspirada na trama circular do filme Dead of Night que eles assistiram juntos. Cálculos teóricos mostraram que um universo estático era impossível sob a relatividade geral e observações de Edwin Hubble tinham mostrado que o universo estava se expandindo. A teoria do estado estacionário afirma que embora o universo esteja em expansão, ele não muda o seu aspecto ao longo do tempo (o princípio cosmológico perfeito); ele não tem início e não tem fim.

A teoria exige que nova matéria seja continuamente criada (principalmente como hidrogênio) para manter a densidade média da matéria igual ao longo do tempo. A quantidade necessária é baixa e não directamente detectável: aproximadamente uma massa solar de bariões por megaparsec cúbico por ano ou aproximadamente um átomo de hidrogénio por metro cúbico por bilião de anos, com cerca de cinco vezes mais matéria escura. Tal taxa de criação causaria, contudo, efeitos observáveis em escalas cosmológicas.

Uma característica esteticamente pouco atrativa da teoria é que a formação espontânea de nova matéria postulada teria que incluir deutério, hélio e uma pequena quantidade de lítio, bem como hidrogênio regular, uma vez que nenhum mecanismo de nucleossíntese em estrelas ou por outros processos é responsável pela abundância observada de deutério e hélio-3. (No modelo do Big Bang, o deutério primordial é feito diretamente após o “bang”, antes da existência das primeiras estrelas).

A teoria da inflação caótica tem muitas semelhanças com a Teoria do Estado Estável, porém em uma escala muito maior do que a originalmente prevista.

Problemas

Problemas com a Teoria do Estado Estável começou a surgir no final dos anos 60, quando as observações aparentemente apoiavam a ideia de que o universo estava de facto a mudar: quasares e galáxias de rádio eram encontrados apenas a grandes distâncias (i.e, redshift, e assim, por causa da velocidade finita da luz, no passado), e não em galáxias mais próximas. Enquanto a teoria do Big Bang previu isso, o Steady State previu que tais objetos seriam encontrados em todos os lugares, inclusive perto da nossa própria galáxia.

Para a maioria dos cosmólogos, a refutação da Teoria do Steady State veio com a descoberta da radiação cósmica de fundo de microondas em 1965, que foi prevista pela Teoria do Big Bang. Stephen Hawking disse que o fato de a radiação de microondas ter sido encontrada, e que se pensava que tinha sobrado do big bang, era “o prego final no caixão da teoria do estado estacionário”. Dentro da teoria do estado estacionário, esta radiação de fundo é o resultado da luz das estrelas antigas que foi espalhada por poeira galáctica. No entanto, esta explicação tem sido pouco convincente para a maioria dos cosmólogos, pois o fundo cósmico de microondas é muito suave, tornando difícil explicar como surgiu de fontes pontuais, e o fundo de microondas não mostra nenhuma evidência de características tais como polarização que são normalmente associadas com dispersão. Além disso, seu espectro é tão próximo ao de um corpo negro ideal que dificilmente poderia ser formado pela superposição de contribuições de aglomerados de pó em diferentes temperaturas, bem como em diferentes redshifts. Steven Weinberg escreveu em 1972:

O modelo de estado estacionário não parece concordar com a relação dL versus z observada ou com a contagem de fontes … Em certo sentido, a discordância é um crédito ao modelo; só entre todas as cosmologias, o modelo de estado estacionário faz previsões tão definitivas que pode ser refutado mesmo com a limitada evidência observacional à nossa disposição. O modelo de estado estacionário é tão atraente que muitos de seus aderentes ainda mantêm a esperança de que as evidências contra ele desaparecerão à medida que as observações melhorarem. No entanto, se a radiação cósmica de fundo de microondas … for realmente radiação de corpo negro, será difícil duvidar que o universo tenha evoluído de uma fase inicial mais quente e mais densa.

Desde esse tempo, a Teoria do Big Bang tem sido considerada a melhor descrição da origem do Universo. Na maioria das publicações astrofísicas, o big bang é implicitamente aceito e é usado como base de teorias mais completas.

C-field

Bondi e Gold não propuseram nenhum mecanismo para a criação da matéria requerida pela Teoria do Estado Estável, mas Hoyle propôs a existência do que ele chamou de “Campo C”, onde “C” significa “Criação”. O campo C tem pressão negativa, o que lhe permite impulsionar a expansão constante do cosmos, ao mesmo tempo que cria nova matéria, mantendo a densidade da matéria em grande escala aproximadamente constante; a este respeito o campo C é semelhante ao campo inflável utilizado na inflação cósmica. Por esta razão a concepção de Hoyle do estado estacionário em 1948 incorpora muitas características que mais tarde surgiram tanto na cosmologia inflacionária como no recentemente observado universo em aceleração, que pode ser modelado em termos de uma constante cosmológica no modelo do universo de Einstein.

O campo C e a noção de universo em estado quase estável também tem alguma semelhança com a teoria da inflação caótica ou inflação eterna, que às vezes apresenta um universo infinito sem início nem fim, no qual a inflação opera continuamente, numa escala além do universo observável, para criar a matéria do cosmos. No entanto, tanto o estado estacionário como o estado quase estacionário afirmam que os eventos de criação do universo (novos átomos de hidrogênio no caso do estado estacionário) podem ser observados dentro do universo observável, enquanto que as teorias inflacionárias não postulam a inflação como um processo contínuo dentro do universo observável.

Quase-estado estável

Quase-estado estável (QSS) foi proposto em 1993 por Fred Hoyle, Geoffrey Burbidge, e Jayant V. Narlikar como uma nova versão das ideias de estado estacionário, com a intenção de explicar características adicionais não explicadas na proposta inicial. A teoria sugere bolsões de criação que ocorrem ao longo do tempo dentro do universo, por vezes referidas como minibangs, eventos de mini-criação, ou pequenas franjas. Após a observação de um universo em aceleração, foram feitas mais modificações do modelo. Os cosmólogos principais que revisaram o QSS apontaram falhas e discrepâncias com observações deixadas inexplicáveis pelos proponentes.

Veja também

• Teoria do Big Bang
• Matéria escura
• Edwin Hubble
• Quasar

Notas

• Farmer, Billy L. 1997. Alternativas do Universo: Conceitos Emergentes de Tamanho, Idade, Estrutura e Comportamento, 2ª ed. El Paso, TX: B.L. Agricultor. ISBN 0964998343
• Hoyle, Fred, Geoffrey R. Burbidge, e Jayant Vishnu Narlikar. 2001. Uma Abordagem Diferente da Cosmologia: De um Universo Estático Através do Big Bang Em Direção à Realidade. Cambridge, Reino Unido: Cambridge Univ. Press. ISBN 0521662230
• Hoyle, F., G. Burbidge, e J.V. Narlikar. 1993. Um modelo cosmológico de estado quase estável com criação de matéria. O Diário Astrofísico. 410:437-457.
• ———. A teoria básica subjacente ao modelo cosmológico de estado quase-estacionário. Proc. R. Soc. A 448:191.
• Mitton, Simon. 2005. Conflito no Cosmos: A Vida de Fred Hoyle na Ciência. Washington, DC: Joseph Henry Press. ISBN 0309093139
• Weinberg, Steven. 1972. Gravitação e Cosmologia: Princípios e Aplicações da Teoria Geral da Relatividade. Nova York: Wiley. ISBN 0471925675

Todos os links recuperados em 3 de janeiro de 2020.

• Hoyle, F., G. Burbidge, e J.V. Narlikar. Abr. 1994. Deduções astrofísicas da cosmologia de estado quase estável Royal Astronomical Society Notices Monthly Notices 267:1007-1019.
• —. Ago. 1994. “Erratum: Deduções astrofísicas da quase estável Royal Astronomical Society Notices Monthly Notices 269:1152.
• ———. Set. 1994. Quantidades astrofísicas adicionais esperadas num estado quase estável Astronomia e Astrofísica do Universo 289(3): 729-739. ISSN 0004-6361.
• —. 14 de dezembro de 1994. Nota sobre um Comentário de Edward L. Wright Astrophysics. Abstrato. 14 de dezembro de 1994. (arXiv:astrofísica/9412045v1).
• Wright, Edward L. 7 de Março de 2008. Erros nos Modelos Steady State e Quasi-SS
• —. 20 de outubro de 1994. Comentários sobre a Astrofísica Cosmológica em Estado Firme e Quase-Estado Firme. Abstrato. (arXiv:astro-ph/9410070v1).